一、什么是地面沉降
地面沉降又称为地面下沉或地陷,它是在人类工程经济活动影响下,由于地下松散地层固结压缩,导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动(或工程地质现象)。
二、地面沉降能造成哪些危害
地面沉降会对地表或地下构筑物造成危害,在沿海地区还能引起海水入侵、港湾设施失效等不良后果,其危害主要有:①毁坏建筑物和生产设施,不利于建设事业和资源开发。发生地面沉降的地区属于地层不稳定的地带,在进行城市建设和资源开发时,需要更多的建设投资,而且生产能力也受到限制。②造成海水倒灌。地面沉降区多出现在沿海地带,地面沉降到接近海面时,会发生海水倒灌,使土壤和地下水盐碱化。
三、地面沉降有哪些类型
地面沉降有自然的地面沉降和人为的地面沉降。自然的地面沉降:一种是地表松散或半松散的沉积层在重力的作用下,由松散到细密的成岩过程;另一种是由于地质构造运动、地震等引起的地面沉降。人为的地面沉降主要是过量开采地下液体或气体,致使贮存这些液体、气体的沉积层的孔隙压力发生趋势性的降低,有效应力相应增大,从而导致地层的压密。
我国出现地面沉降的城市较多。按发生地面沉降的地质环境可分为3种模式:①现代冲积平原模式,例如,我国的几大平原。②三角洲平原模式,尤其是在现代冲积三角洲平原地区,例如,长江三角洲就属于这种类型。常州、无锡、苏州、嘉兴、萧山的地面沉降均发生在这种地质环境中。③断陷盆地模式,它又可分为近海式和内陆式两类。近海式指滨海平原,如宁波;内陆式为湖冲积平原,如西安市、大同市。
不同地质环境模式的地面沉降具有不同的规律和特点,在研究方法和预测模型方面也应有所不同。
另外,根据地面沉降发生的原因还可分为①构造沉降:由地壳沉降运动引起的地面下沉现象。②抽汲地下水引起的地面沉降:由于过量抽汲地下水(或油、气)引起水位(或油、气压)下降,在欠固结或半固结土层分布区,土层固结压密而造成的大面积地面下沉现象。③采空沉降:因地下大面积开采石油、天然气,采空引起顶板岩(土)体下沉而造成的地面碟状洼地现象。④抽汲卤水引起的地面沉降。
中国出现地面沉降的城市较多。我国已经陆续发现具有不同程度的区域性地面沉降的城市有30多座。可能还有一些城市虽已发生沉降,但因没有进行全国性全面的城市精密测量,所以不能给出沉降城市的准确数字。以下简要介绍几座地面沉降较严重的城市。
1)上海市。从1921年发现地面下沉开始,到1965年止,最大的累计沉降量已达2.63米,影响范围达400平方千米。有关部门采取了综合治理措施,采用人工回灌方法,使地下水位回升,地面部分回弹,市区地面沉降已基本上得到控制。从1966~1987年22年间,累计沉降量36.7毫米,年平均沉降量为1.7毫米。
2)天津市。从1959~1982年间最大累计沉降量为2.15米。1982年测得市区的平均沉降速率为94毫米。目前,最大累计沉降量已达2.5米,沉降量100毫米以上的范围已达900平方千米。
3)北京市。自20世纪70年代以来,北京的地下水位平均每年下降1~2米,最严重的地区水位下降可达3~5米。地下水位的持续下降导致了地面沉降。有的地区(如东北部)沉降量590毫米。沉降总面积超过600平方千米。而北京城区面积仅440平方千米,所以,沉降范围已波及郊区。
4)西安市。地面沉降发现于1959年,1971年后随着过量开采地下水而逐渐加剧。1972~1983年,最大累计沉降量777毫米,年平均沉降量30~70毫米的沉降中心有5处。1983年后,西安市地面沉降趋于稳定发展,部分地区还有减缓的趋势。到1988年最大累计沉降量已达1.34米,沉降量100毫米的范围达200平方千米。
5)太原市。经1979年、1980年、1982年3次在市区600平方千米范围的测量,发现沉降量大于200毫米的面积有254平方千米,大于1000毫米的沉降区面积达7.1平方千米。最严重的是吴家堡,其次是小店。吴家堡水准点的累计沉降量:1980年是819毫米,1982年是1232毫米,到1987年累计沉降量达1380毫米。
此外,还有宁波市,常州市,苏州市,无锡市,嘉兴市,杭州市,台湾省的屏东、彰化、云林、嘉义、台中和台北等6个县(市),均发生了不同程度的地面沉降。
四、地面沉降发生的原因
产生地面沉降虽然与许多因素有关,但导致地面沉降灾害的主要原因是人类工程经济活动。人类工程经济活动的作用有两个方面:一是有可能加剧地面沉降;二是也能减缓地面沉降的速率与强度。人类活动加剧地面沉降,主要表现在以下几个方面:①大量开采地下水、地下水溶性气体或石油等活动,已被公认为人类活动中造成大幅度、急剧地面沉降的最主要原因;②开采地下固体矿藏特别是沉积矿床,例如,煤矿、铁矿,将形成大面积的地下采空区,导致地面变形(下沉);③重大的工程建筑物对地基施加的静荷载,使地基土体发生变形;④即使是在低荷载的持续作用下,土体的蠕变也可引起地基土的缓慢变形。地面上的动荷载(振动作用)在一定条件下也将引起土体的压密变形。
五、地面沉降的观测和普查
地面沉降的观测主要是:①对研究区的水准测量点定期进行测量;②对含水层地下水开采量(含回灌量)及地下水位进行长期观测;③室内试验和野外试验,包括常规试验、微观结构研究、高压固结、三轴剪切、长期流变、孔隙水压力消散、室内模型试验等,野外试验主要有抽水试验、口灌试验、静力触探等;④设立沉降标、孔隙水压力标和基岩标用以深入了解各上层和含水层的变形规律及地下水位动态变化规律。
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